免费文献传递   相关文献

The Optimization of Flask Fermentation Conditions for the Production of Extracellular Lipase from Aspergillus niger

产脂肪酶黑曲霉摇瓶发酵条件优化研究



全 文 :·研究报告·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(12):227-233
脂肪酶(lipase,EC.3.1.1.3)又称为三酰基甘油
酰基水解酶(triacylglycerol acylhydrolase)是一类特
殊的酯键水解酶,可以催化三酰甘油酯及其它一些
水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类
的逆向合成反应[1-4]。脂肪酶是动物体内脂肪代谢
的关键酶,被广泛应用于饲料添加、洗涤业、油脂
改良、食品加工等诸多领域,是一种有较大开发价
值和应用前景的多功能生物催化剂[5,6]。目前,脂
肪酶的工业制备主要采用微生物发酵的方法。黑曲
霉(Aspergillus niger)是一种工业上重要的微生物,
被广泛用于生产脂肪酶、纤维素酶、木聚糖酶等 30
多种酶制剂,且被美国 FDA 认定为 GRAS(通常认
收稿日期 :2015-03-18
基金项目 :深圳市科技创新委员会技术创新计划项目(CXZZ20130425111508558)
作者简介 :张谦,男,高级工程师,研究方向 :工业微生物及发酵工程 ;E-mail :qianz@yeah.net
产脂肪酶黑曲霉摇瓶发酵条件优化研究
张谦1  贾佳2  林智2  杨晓锋3  郭宏涛2  王剑英2  Carol Sze Ki Lin3 
(1. 深圳技师学院,深圳 518116 ;2. 深圳市绿微康生物工程有限公司,深圳 518055 ;3. 香港城市大学能源与环境学院,香港)
摘 要 : 黑曲霉 Aspergillus niger G62s 是一株具有遗传稳定的高产脂肪酶菌株。针对于 G62s 摇瓶发酵条件进行统计学优化研
究,以提高该菌株的产脂肪酶能力。首先,采用单因素方法对发酵接种量、摇瓶装量、培养温度、培养时间等因素进行考查,在
此基础上进行 4 因素 3 水平的响应面分析(Response surface methodology,RSM)的统计学优化。得到的优化发酵条件是接种量 1.9 %,
摇瓶装量 56 mL(500 mL 摇瓶),培养温度 30 oC,培养时间 75 h。在该优化条件下,脂肪酶活性达到(212 9 ± 39.9)U/mL,相比
初始的发酵条件提高 16.7%。针对于影响 G62s 菌株产脂肪酶的 4 个发酵条件,在单因素实验的基础上通过 RSM 方法优化,显著
提高了目标菌株脂肪酶产量。
关键词 : 黑曲霉 ;脂肪酶 ;单因素方法 ;响应面分析方法 ;发酵条件优化
DOI :10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.12.033
The Optimization of Flask Fermentation Conditions for the Production
of Extracellular Lipase from Aspergillus niger
Zhang Qian1 Jia Jia2 Lin Zhi2 Yang Xiaofeng3 Guo Hongtao2 Wang Jianying2 Carol Sze Ki Lin3
(1. Shenzhen Institute Technology,Shenzhen 518116 ;2. Shenzhen Leveking Bio-engineening Co.,LTD,Guangdong Shenzhen 518055 ;
3. School of Energy and Environment,City University of Hong Kong,Hong Kong)
Abstract: Aspergillus niger G62s is a genetically stable strain of producing high-yield lipase. This work is to have statistic optimization
for the flask fermentation conditions of G62s aiming at increasing the capacity of strain yielding lipase. Firstly, using single-factor test, the effects
of these 4 parameters, i.e., the inoculation amount, working volume, culture temperature and culture time, on the lipase yield were studied. Then
the key parameters of fermentation conditions were statistically optimized through the response surface methodology(RSM)with 4 factors in 3
levels. The optimal conditions were 1.9% inoculum size in 56 mL working volume(in 500 mL flasks)at 30oC for 75 h. Using these conditions,
the activity of lipase reached 212 9±39.9 U/mL, increased 16.7% comparing to that of the initial fermentation conditions. In conclusion, based
on the single-factor test of 4 fermentation factors affecting the lipase yield of G62s, optimization by RSM significantly increased the yield of the
target strain.
Key words: Aspergillus niger ;lipase ;single-factor test ;response surface methodology ;optimization of fermentation conditions
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.12228
为是安全的)菌株,其发酵产生的脂肪酶产品可以
作为药品、食品和饲料的辅料及添加剂等[7,8]。应
用黑曲霉进行脂肪酶生产的另一优势是,黑曲霉能
够将脂肪酶分泌到发酵液中,从而降低下游纯化成
本[9]。目前,运用工业育种技术、培养基和发酵条
件优化改良等方法进行提高菌种产量,降低发酵成
本,是实现节能减排、提高企业竞争力的重要手段
之一[10]。
响应面分析方法(Response surface methodology,
RSM)是采用多元二次回归方程来拟合因素与响应
值之间的函数关系,通过对函数响应面和等高线的
分析,能够精确地研究各因子与响应值之间的关系,
寻求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方
法。 而 Box-Behnken Design(BBD) 是 RSM 常 用 的
实验设计方法之一,是以较少的试验次数获得最有
效、最经济试验设计和因素优化的方法,并且适用
于摇瓶实验[11,12]。近年来,RSM 方法广泛应用于
各种微生物发酵不同品种的培养基、培养条件及发
酵工艺的优化设计中[5,12-14]。
本文针对于产脂肪酶黑曲霉 A. niger G62s 菌株
的摇瓶发酵条件进行优化研究,采用单因素方法考
察影响菌株发酵及产酶特性的接种量、摇瓶装量、
培养温度、培养时间等条件,在此基础上采用 RSM
对于 4 个主要影响产酶因素进行优化,以提高菌株
产脂肪酶的能力。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株来源 黑曲霉 A. niger 为深圳绿微康生物
工程有限公司提供的生产菌株,该菌株现保藏于公
司酶制剂研究中心,保藏号 :A. niger G62s。
1.1.2 试剂和仪器 主要试剂 酵母膏、蛋白胨、葡
萄糖、玉米淀粉、豆粕、无机盐、琼脂等培养基所
用试剂均为国产化学级试剂,蛋白 Marker 为美国
thermo 公司产品,脂肪酶分析所用试剂为分析级试
剂。仪器 净化工作台,苏州净化设备厂 ;PHS-25 型
酸度计,杭州科晓化工仪器设备有限公司 ;Avanti
J-30I 型高效离心机,美国贝克曼库尔特有限公司 ;
TS-3112 型双层大容量摇床,上海仪纯实业有限公司;
JY600 凝胶电泳仪,北京君意东方电泳设备有限
公司。
1.1.3 培养基 斜面培养基(YPD)酵母膏 10 g,
蛋 白 胨 20 g, 葡 萄 糖 20 g, 琼 脂 15 g, 蒸 馏 水 定
容至 1 000 mL,pH7.0。种子培养基 葡萄糖 30 g,
NaNO3 7 g,NaH2PO4 0.5 g,K2SO4 0.1 g,蒸馏水定容
至 1 000 mL,pH 7.2。发酵培养基 葡萄糖 20 g,玉
米淀粉 10 g,豆粕 30 g,橄榄油 5 g,NaNO3 10 g,
NaH2PO4 2 g,K2SO4 0.2 g,CaCO3 5 g,蒸馏水定容
至 1 000 mL,pH7.2。
1.2 方法
1.2.1 菌 株 培 养 方 法 斜 面 种 子 培 养 方 法 :将 -
80℃保藏的菌株冷冻管,用接种针取 1 环均匀涂布
于斜面培养基表面,于 30℃恒温静置培养 7 d,制
备成斜面种子,于 3-5℃冰箱保存备用。摇瓶种子
培养方法 :将斜面种子用接种针取 1 环接种于装有
30 mL 种子培养基的 250 mL 摇瓶中,于 30℃恒温
220 r/min 振荡培养 20-32 h,见培养液浑浊,OD600
值为 0.24-0.5,得到摇瓶种子液备用。摇瓶发酵方
法 :选用 500 mL 摇瓶,发酵培养基装量为 50 mL。
摇瓶接种量按照装量的 1.5% 进行转种。培养温度为
30℃恒温培养,220 r/min 振荡培养,发酵培养时间
66 h。培养好的发酵液在 10 000 r/min,4℃低温下离
心 10 min,取上清液检测脂肪酶活性。
1.2.2 单因素实验方法 在摇瓶中分别对于发酵过
程的接种量、摇瓶装量、培养时间、培养温度等进
行单因素实验,筛选出对酶活性影响较为显著的因
素和合理的取值范围。
1.2.3 RSM 方 法 采 用“Design-Expert 8.0” 软 件,
以脂肪酶活性为响应值,对单因素实验得到的较为
显著的影响因素进行 RSM 设计(表 1)。采用 BBD
模型,得到 4 因素 3 水平共 29 组的试验设计,实验
为 3 批,每批平行 3 瓶。实验得到的数据在 “Design-
Expert 8.0”软件中的 BBD 模型对数据进行拟合和分
析,通过 ANOVA 分析得到二次多项式,最终确定
最优化发酵条件。
1.2.4 SDS-PAGE 电泳分析 取发酵液上清 20 μL,
加入 5 μL Loading Buffer(5×),进行 SDS-PAGE 电
泳分析,电泳完毕后用考马斯亮蓝 R250 染色过夜,
然后脱色获得清晰的电泳条带为止。
2015,31(12) 229张谦等:产脂肪酶黑曲霉摇瓶发酵条件优化研究
1.2.5 脂肪酶活性测定方法 以碱滴定法测定发酵
液中脂肪酶活性。取 1 mL 发酵液上清液,加入 5
mL 橄 榄 油 和 4 mL 的 glycine-NaCl 缓 冲 液(pH9.4,
50 mmol/L)振荡混匀,在 36℃孵育 15 min,加入
20 mL 的 95% 乙醇和 10 mL 的 30% NaCl 溶液终止反
应。脂肪酶活性单位定义为,在一定温度和 pH 条
件下,1 min 水解底物产生 1 μmol 的可滴定的脂肪酸,
即为 1 个酶活单位,以 U/mL 表示[15,16]。
2 结果
2.1 摇瓶发酵条件的单因素优化
首先采用单因素实验,对接种量、摇瓶装量、
发酵培养温度和培养温度等 4 个主要的发酵条件进
行初步的研究。根据 A.niger G62s 菌种的发酵特性,
确定各个待考察因素水平,对于各个因素的取值范
围比较宽,以保证试验结果能够覆盖高值点。取值
范围为接种量为 0.5%-4.0%,摇瓶装量为 30-100
mL,发酵培养温度为 25-45℃,发酵培养时间为
48-96 h(图 1-图4)。
G62s 菌株在接种量为 0.5% 时发酵不稳定,增
加接种量有利于菌株产脂肪酶。当接种量增加至 2%
时,发酵液的脂肪酶活性最高。而接种量继续增加,
表 1 BBD 方法试验的变量范围
变量范围 A :接种量 /% B :摇瓶装量 /mL C :培养温度 /℃ D :培养时间 /h
-1 1.5 40 28 66
0 2.0 50 30 72
1 2.5 60 32 78
0
500
1000
1500
2000
2500
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4᧕⿽䟿/%㜲㛚䞦⍫ᙗ /
U·mL-1
图 1 摇瓶接种量对于脂肪酶活性的影响(n=9)
0
500
1000
1500
2000
2500
30 40 50 60 70 80 100᩷⬦㻵䟿/mL㜲㛚䞦⍫ᙗ /
U
·m
L-
1
图 2 摇瓶装量对于脂肪酶活性的影响(n=9)
0
500
1000
1500
2000
2500
25 28 30 32 35 40 45ษޫ⑙ᓖ/ć㜲㛚䞦⍫ᙗ
/ U·mL-1
图 3 培养温度对于脂肪酶活性的影响(n=9)
0
500
1000
1500
2000
2500
48 54 60 66 72 78 84 96ษޫᰦ䰤/h㜲㛚䞦⍫ᙗ
U
·m
L-
1
图 4 培养时间对于脂肪酶活性的影响(n=9)
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.12230
在大于 2.5% 时菌株产酶能力随之降低(图 1)。摇
瓶装量的改变主要是影响通气量,当摇瓶装量≥ 50
mL 时,菌株产酶能力趋于稳定,随着摇瓶装量的
增加,菌种的产酶能力没有显著降低(图 2),说
明该菌株发酵过程对于摇瓶装量和通气量的要求不
高。培养温度可以影响菌种产脂肪酶的稳定性和能
力。本实验的结果(图 3)显示,适于 G62s 产脂肪
酶的发酵培养温度在 30-32℃之间,温度过低或过
高都不利于脂肪酶的产生。最适发酵培养时间则为
66-78 h,延长发酵培养时间到 84 h 脂肪酶活性显著
降低(图 4)。通过单因素考察,确定发酵条件为 :
接种量为 2.0%,摇瓶装量为 50 mL(500 mL 摇瓶),
培养温度为 30℃,培养时间为 72 h。
2.2 摇瓶发酵条件的RSM优化
在单因素实验基础上,采用 Design-Expert 8.0
软件 RSM 的 BBD 设计,针对于影响发酵的接种量
(A),摇瓶装量(B),培养温度(C),培养时间(D)
进行优化分析,以脂肪酶活性为响应值(Y),选择
4 因素,3 水平,共 29 组实验,其中有 6 组为中心
点重复实验(表 2)。
将得到的数据,输入至 Design-Expert 8.0 软件中,
进行多元回归拟合,得到 Y 值对编码自变量 A、B、C、
D 的二元多次回归方程为 :
Y = 2 085.8 + 70.67 A + 33.75 B + 63.92 C + 83.33
D - 43.25 AB + 10.5 AC - 77.25 AD - 54.75 BC - 19.75
BD - 54.5 CD - 100.15 A2 - 26.53 B2 - 75.02 C2 - 77.9 D2
表 2 BBD 实验设计及结果
编号 A :接种量 /% B :摇瓶装量 /mL C :培养温度 /℃ D :培养时间 /h 酶活力 /(U·mL-1)
1 0(1.50) -1(40) 0(30) -1(66) 1891
2 0(1.50) 1(60) -1(28) 0(72) 2003
3 -1(1.00) 1(60) 0(30) 0(72) 1980
4 1(2.50) 0(50) -1(28) 0(72) 1915
5 1(2.50) -1(40) 0(30) 0(72) 2011
6 0(1.50) 0(50) 0(30) 0(72) 2064
7 -1(1.00) 0(50) 0(30) 1(78) 1991
8 0(1.50) 0(50) 0(30) 0(72) 2083
9 0(1.50) 1(60) 0(30) -1(66) 1998
10 0(1.50) 0(50) 1(32) -1(66) 1984
11 -1(1.00) -1(40) 0(30) 0(72) 1778
12 0(1.50) 0(50) -1(28) 1(78) 1997
13 1(2.50) 0(50) 0(30) -1(66) 1970
14 -1(1.00) 0(50) 1(32) 0(72) 1928
15 0(1.50) 0(50) 0(30) 0(72) 2083
16 0(1.50) -1(40) 0(30) 1(78) 2027
17 0(1.50) -1(40) 1(32) 0(72) 2060
18 0(1.50) 0(50) 1(32) 1(78) 2061
19 0(1.50) 1(60) 1(32) 0(72) 1976
20 -1(1.00) 0(50) 0(30) -1(66) 1639
21 1(2.50) 1(60) 0(30) 0(72) 2040
22 0(1.50) 0(50) 0(30) 0(72) 2127
23 0(1.50) 0(50) 0(30) 0(72) 2072
24 0(1.50) 0(50) -1(28) -1(66) 1662
25 0(1.50) -1(40) -1(28) 0(72) 1880
26 -1(1.00) 0(50) -1(28) 0(72) 1815
27 1(2.50) 0(50) 0(30) 1(78) 2013
28 1(2.50) 0(50) 1(32) 0(72) 2030
29 0(1.50) 1(60) 0(30) 1(78) 2055
2015,31(12) 231张谦等:产脂肪酶黑曲霉摇瓶发酵条件优化研究
在该拟合方程的基础上,对试验数据进行统
计分析和模型方差分析(表 3)。结果显示,模型
决 定 系 数 R2 =0.934 5, 信 噪 比 Adeq Precision =
13.22,表明方程的拟合度与可信度较高,实验误差
较小。所选用的模型的 P 值检验显著(P<0.000 1),
说明方程拟合度较好。失拟项 P = 0.098 3(P>0.05),
说明失拟项差异不显著,模型产生的残差值是由随
机误差引起。由此可以认为该模型的选择合理,并
且能够对响应值 Y 进行分析和预测。
根据表 3 对于模型所列 4 个变量的方差分析,
在检验项 P < 0.05 的说明该项的影响是显著的,否
则为不显著。该模型的一次项 A,B,C,D、二次
项 A2,C2,D2 以 及 交 互 项 中 AD,BC,CD 对 于 Y
值影响显著(P < 0.05)。其中,交互项 AD 影响最
大(P=0.003 < 0.05),即接种量与培养时间之间的
交互作用最大。而其他的 3 个交互项 AB、AC、BD,
则对于 Y 值影响不显著(P > 0.05)。
根据方差分析得出 AD、BC、CD 交互项对于 Y
值的影响(图 5)。进一步对于回归方程进行求导,
得到极值点,即 Y 最大化时各个因素水平的取值。
由软件预测可得,接种量(A)为 1.9%,摇瓶装量(B)
为 56 mL(500 mL 摇瓶),培养温度(C)为 30℃,
培养时间(D)为 75 h。并预测在此优化的条件下,
G62s 菌株的产脂肪酶活性为 2 121 U/mL。
表 3 脂肪酶活性的回归方程及模型方差分析 a
数值项 自由度 总和 平方和 F 值 P 值
模型 14 370200 26441.72 14.27 < 0.0001b
A 1 59925.33 59925.33 32.33 < 0.0001
B 1 13668.75 13668.75 7.38 0.0167
C 1 49024.08 49024.08 26.45 0.0001
D 1 83333.33 83333.33 44.96 < 0.0001
AB 1 7482.25 7482.25 4.04 0.0642
AC 1 1.00 1.00 0.0005 0.9818
AD 1 23870.25 23870.25 12.88 0.0030
BC 1 10712.25 10712.25 5.78 0.0306
BD 1 1560.25 1560.25 0.84 0.3744
CD 1 16641.00 16641.00 8.98 0.0096
A2 1 65059.61 65059.61 35.10 < 0.0001
B2 1 4563.73 4563.73 2.46 0.1389
C2 1 36510.81 36510.81 19.70 0.0006
D2 1 39362.66 39362.66 21.24 0.0004
残数 14 25946.55 1853.33
失拟项 10 23567.75 2356.78 3.96 0.0983c
误差 4 2378.80 594.70
总计 28 396100
a :R2 = 0.934 5,C.V. = 2.19 %,Adeq Precision = 13.22 ;
b : 模型 P = 0.000 1<0.05,差异显著。Model P = 0.000 1<0.05,significant ;
c :失拟项 P = 0.098 3>0.05,差异不显著,Lack of Fit P = 0.098 3>0.05,
insignificant
2200
a
b
c
2100
2000
1900
1800
1700
1600Y
1㜲㛚䞦⍫ᙗ
78.00
D˖ษޫᰦ䰤 A˖᧕⿽䟿75.00 72.00 69.00
66.00 1.00
1.30
1.60
1.90
2.20
2.50
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600Y
1㜲㛚䞦⍫ᙗ
78.00
C˖ษޫ⑙ᓖ B˖᩷⬦㻵䟿75.00 72.00 69.00
66.00 1.00
1.30
1.60
1.90
2.20
2.50
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600Y
1㜲㛚䞦⍫ᙗ
78.00
D˖ษޫᰦ䰤 C˖ษޫ⑙ᓖ75.00 72.00 69.00
66.00 28.00
29.30
30.00
31.00
32.00
a :接种量(A)- 培养时间 ;b :摇瓶装量(B)- 培养温度(C);c :培养温
度 C- 培养时间(D)
图 5 因素交互作用对于脂肪酶活性的响应面分析
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.12232
2.3 SDS-PAGE分析结果
按照 RSM 优化前后的发酵条件对于 G62s菌株
的发酵液进行 SDS-PAGE 分析,结果(图 6)显示
在箭头所指位置出现了明显的蛋白条带,说明发酵
条件优化前后所产脂肪酶的相对分子量没有改变。
根据软件 Gel-pro 3.0 计算,该条带的分子量约为
33.2 kD。
培养基工艺条件优化的研究中。响应面分析的关键
因素包括 :选择合适的研究对象及合适的实验水平,
建立一个可信的有效的模型。评估相关性,预测响
应值考察模型的准确性等[17,21]。王挥等[22]采用单
因素试验和 RSM 对黑曲霉产单宁酶的摇瓶发酵条件
进行优化,确定单宁浓度、培养温度、培养时间为
发酵产酶影响最大的因素。其最适产酶条件为 :培
养温度 31.7℃,转速 180 r/min,单宁浓度 1.5%,初
始 pH6.0,接种量 10%,装液量 20%,培养时间 72
h,得到的酶活力最高值 1 141.82 U/mL。吴茜茜等[23]
采用单因素试验和 RSM 优化设计了黑曲霉(A. niger
PZ321)发酵异淀粉酶的摇瓶培养条件,筛选出硝
酸铵、接种量、培养温度 3 个主要因素,确定了最
优化培养条件为接种量 2%,30℃培养 72 h,酶活为
137.3 μ/mL ;比基础培养基提高了 1.71 倍。本研究
通过单因素方法结合 BBD 优化,得到了影响 G62s
菌株脂肪酶产量的主要影响因素,分析各因素之间
的相互关系,得到了最优化的摇瓶发酵条件。其中,
摇瓶接种由最初的 1.5% 提高到 1.9% ;摇瓶装量由
50 mL 提高到 56 mL ;培养温度 30℃不变 ;培养时
间由 66 h 延长到 75 h,在最佳摇瓶发酵条件组合下,
黑曲霉 G62s 的脂肪酶产量可以增至(2 129±39.9)
U/mL,提高了 16.7%。本研究结果与上述报道比较,
尽管发酵的酶有差异,但是均为黑曲霉的发酵,其
优化结果基本一致。G62s 菌株发酵 SDS-PAGE 分析
结果显示,摇瓶发酵条件改变没有影响脂肪酶的相
A B M
33.2
kD 170
kD
130
100
70
55
40
35
25
15
10
A :优化前 ;B :优化后 ;M :蛋白 Marker,箭头所指即为脂肪酶条带
图 6 G62s 的 SDS-PAGE 分析
2.4 验证实验
按照 RSM 优化后的摇瓶发酵条件对于 G62s 菌
株进行验证实验,并检测脂肪酶活性,以验证 RSM
得到的预测值。试验进行 3 批,每批平行 3 瓶。结果
(表 4)可见,优化的发酵条件其脂肪酶活性为 2 129
± 39.9 U/mL,与预测值相符(相差 0.4%)。与初始
发酵条件下发酵比较,脂肪酶活性提高 16.7%(C.V.
= 1.87%,P < 0.01,差异显著),说明经过 RSM 优
化后菌株的产脂肪酶活性获得了稳定提高。
3 讨论
近年来,微生物发酵产生代谢物的研究越来越
多,由于培养基的内在条件(培养基组成、浓度等)
及外在条件(发酵温度、时间、通气量等)都会影
响微生物的生长与代谢产物的积累,因此对于发酵
培养条件的优化成为了研究的热点[17]。在微生物的
发酵实验中单因素方法可以最直接、有效地反应各
个因素对于菌株影响,广泛应用于发酵条件的优化
和菌株的特性考察[18-20]。响应面法是一种有效的统
计方法,可以在更广泛的范围内考虑因素的组合、
预测响应值,比一次次的单因素分析方法和正交试
验更有效,因此,响应面法会更加广泛应用于发酵
表 4 发酵条件的验证试验(n = 9)
批次
酶活力(U·mL-1)
初始发酵条件 优化后发酵条件
1 1905 2156
1781 2191
1841 2135
2 1851 2116
1865 2077
1817 2157
3 1784 2067
1768 2152
1812 2118
±x-±s 1824 ± 44.8 2129 ± 39.9 a
CV(%) 2.45 1.87
a :在优化后的发酵条件相比初始发酵条件进行脂肪酶发酵脂肪酶产量显
著提高(P < 0.01),达 16.7 %
2015,31(12) 233张谦等:产脂肪酶黑曲霉摇瓶发酵条件优化研究
对分子量。说明采用单因素试验和 RSM 优化法,对
提高黑曲霉脂肪酶产量是很有效的。
4 结论
黑曲霉 G62s 优化后的摇瓶发酵条件 :在装液量
56 mL 的 500 mL 摇瓶中,1.9% 接种量,于 30℃培
养时间 75 h 可得到最优化的脂肪酶产量。
G62s 菌株在优化后的发酵条件下发酵得到脂肪
酶活性为(2 129±39.9)U/mL,与模型预测值相符,
脂肪酶活性提高 16.7%,而且发酵稳定。在单因素
实验的基础上通过 RSM 方法优化发酵培养条件,显
著提高了目标菌株的脂肪酶产量。
参 考 文 献
[1]Jaeger KE, Egger T. Lipases for biotechnology[J]. Curr Opin
Biotech, 2002, (13):390-397.
[2]Gunasekaran V, Das D. Lipase fermentation :Progress and
prospects[J]. Indian J Biotech, 2005, 4 :437-445.
[3]Vargas GDLP, Treichel H, de Oliveira D, et al. Optimization of lipase
production by Penicillium simplicissimum in soybean meal[J]. J
Chem Technol Biotechnol, 2008, 83(1):47-54.
[4]Watanabe YS, Sato S, Sera C, et al. Enzymatic analysis of
positional distribution of fatty acids in solid fat by 1, 3-Selective
transesterification with Candida antarctica lipase B[J]. J Am Oil
Chem Soc, 2014, 91 :1323-1330.
[5]Edwinoliver NG, Thirunavukarasu K, Purushothaman S, et al.
G. Corn steep liquor as a nutrition adjunct for the production of
Aspergillus niger lipase and hydrolysis of oils thereof[J]. J Agric
Food Chem, 2009, 57(22):10658-10663.
[6]张志敏 , 王琰 , 王斌 , 等 . 甲醇耐受性脂肪酶产生菌 - 发酵条件
的优化[J]. 河南农业大学学报 , 2013, 47(3):318-324.
[7]Schuster E, Dunn-Coleman N, Frisvad JC, et al. On the safety of
Aspergillus niger-a review[J]. Appl Microbiol Biotech, 2002, 59
(4-5):426-435.
[8]张谦 , 王剑英 , 林智 , 等 . 华根霉脂肪酶在黑曲霉中的重组表达
研究[J]. 生物技术通报 , 2015, 31(3):165-170.
[9]Mekmouche Y, Zhou S, Cusano AM, et al. Gram-scale production of
a Basidiomycetous laccase in Aspergillus niger[J]. J Biosci Bioeng,
2014, 117(1):25-27.
[10]张谦 , 贾佳 , 林智 , 等 . 饲料用脂肪酶产生菌—黑曲霉 G55 高
产菌株的选育[J]. 中国饲料 , 2014, 16 :28-32.
[11] 褚以文 . 微生物培养基优化方法及其优化软件[J]. 国外医药:
抗生素杂志分册 , 1999, 20(2):58-61.
[12] Rafigh SM, Yazdi AV, Vossoughi M, et al. Optimization of culture
medium and modeling of curdlan production from Paenibacillus
polymyxa by RSM and ANN[J]. Int J Biol Macromol, 2014, 70 :
463-473.
[13] 王春明 , 钟超 , 王凤学 , 等 . 一株发酵产木聚糖酶培养基的响
应面优化[J]. 生物技术通报 , 2015, 31(2):179-186.
[14] Dobrev GT, Pishtiyski IG, Stanchev VS, et al. Optimization of
nutrient medium containing agricultural wastes for xylanase
production by Aspergillus niger B03 using optimal composite
experimental design[J]. Bioresour Technol, 2007, 98(14):
2671-2678.
[15]Zhang T, Qi Z, Wang YY, et al. Agrobacterium tumefaciens-
mediated transformation of Penicillium expansum PE-12 and its
application in molecular breeding[J]. Microbiolog Res, 2013,
168 :130-137.
[16]Kouker G, Jaeger K E. Specific and sensitive plate assay for
bacterial lipases[J]. Appl Environ Microbiol, 1987, 53(1):
211-213.
[17]刘志祥 , 曾超珍 . 响应面法在发酵培养基优化中的作用[J].
北方园艺 , 2009, 2 :127-129.
[18]王义强 , 王启业 , 马国辉 , 等 . 戊糖乳酸杆菌发酵产乳酸及高
产菌株诱变选育[J]. 生物技术通报 , 2014, 30(11):179-
186.
[19]吴孔阳 , 王学军 , 周培华 , 等 . 响应面法优化黑曲霉发酵产低
聚异麦芽糖培养基[J]. 食品科学 , 2012, 33(19):216-222.
[20]吴升山 , 倪辉 , 肖安风 , 等 . 黑曲霉 DB056 产柚苷酶发酵条件
初步优化[J]. 微生物学通报 , 2010, 37(9):1305-1311.
[21]Vohra A, Satyanarayana T. Statistical optimization of themedium
components by response surface methodology to enhance phytase
production by Pichia anomala[J]. Process Biochem, 2002, 37(9):
999-1004.
[22]王挥 , 张蕾 , 黎继烈 , 等 . 响应面法优化黑曲霉发酵产单宁酶
条件[J]. 中南林业科技大学学报 , 2011, 31(10):122-126.
[23]吴茜茜 , 田晓敏 . 响应面法优化黑曲霉产异淀粉酶的培养方
法[J]. 生物学杂志 , 2014, 31(6):60-63, 78.
(责任编辑 李楠)